Освещение при микрофотографировании

Контраст и резкость фотографируемых при больших увеличениях микрообъектов зависят от вида и характеристик используемой осветительной системы. Последняя должна обеспечивать равномерный и постоянный световой поток в необходимой спектральной зоне с интенсивностью, достаточной для получения оптимальной освещенности изображения и фотосъемки с минимальными выдержками.

Микроосветители. Микрофотографические системы освещения включают в себя осветительный прибор с источником света, коллекторную линзу с ирисовой диафрагмой и светофильтры.

Применяемые в микрофотографии осветители обеспечивают получение параллельного или сходящегося пучка света. Выходное отверстие у них имеет коллекторную линзу и ирисовую диафрагму, ограничивающие диаметр светового луча. В качестве источников света обычно используют низковольтные лампы накаливания. Для работы в УФ-зоне спектра применяют ртутные кварцевые лампы сверхвысокого давления.

Микроосветители ОИ-9, ОИ-19, ОИ-24 предназначены для освещения объектов проходящим светом при работе на биологических, сравнительных и других микроскопах. При небольших увеличениях их используют и для фотографирования непрозрачных объектов в отраженном свете. Микроосветитель ОИ-21 специально разработан для съемки в отраженном свете. Его устанавливают на микроскопе вместо окулярного тубуса, а последний закрепляют уже на самом осветителе. Микроосветители ОИ-17, ОИ-18 являются люминесцентными и предназначены для съемки в ультрафиолетовой зоне спектра, а также для возбуждения люминесцирующих объектов при освещении их ультрафиолетовыми лучами. В качестве источника света у них используются ртутно-кварцевые лампы СВД-120А.

Осветители укомплектованы нейтрально-серыми светофильтрами, матовыми стеклами, охладителями и теплофильтрами. Первые ослабляют интенсивность светового потока, вторые создают равномерный рассеянный свет, третьи предохраняют объекты от воздействия теплового излучения.

Применяемые в микрофотографии светофильтры служат и для других целей. Одни из них исправляют недостатки объектива, пропуская необходимые лучи света. С объективами-ахроматами, скоррегированными к желто-зеленой части спектра, используют, например, зеленые светофильтры. Синие монохроматические светофильтры позволяют повысить разрешающую способность объективов. Их следует применять с апохроматами.

Цветные светофильтры в большинстве случаев являются средством усиления или ослабления контраста деталей окрашенных объектов. Некоторые из них применяют и для исправления цветопередачи при микросъемке на цветные фотоматериалы. Например, чтобы компенсировать в спектре источника избыток длинноволнового излучения, необходимы голубые светофильтры или светофильтры дневного света. При микросъемке в УФ- или ИК-зонах спектра светофильтры позволяют выделять необходимую спектральную зону, другие же используются в качестве защитных, или заградительных.

Заградительные светофильтры пригодны и для предохранения биологических объектов от воздействия УФ-лучей. Ту же функцию в отношении светочувствительного материала они выполняют при съемке люминесценции, возбужденной УФ-лучами. Особенности применения светофильтров (выбор подходящей марки, размещение в осветительной системе) в каждом конкретном случае зависит от свойств объекта и применяемого метода съемки.

Освещение объектов. В микрофотографии применяют проходящее, отраженное и комбинированное освещение.

Прозрачные и полупрозрачные объекты фотографируют в проходящем свете. К таким криминалистическим объектам относятся волокна бумаги, ткани, частицы стекла, сахара, соли, остатки продуктов сгорания пороха и др. Контраст их изображения обусловливает неоднородное поглощение (рассеяние) света различными участками. Для микросъемки различных по контрасту микрообъектов применяют центральное, а также одностороннее (косое) освещение.

Центральное освещение обычно применяется для съемки микрообъектов с хорошо выраженным контрастом, поскольку создает эффект светлого поля. Лучи света (рис. 124) ориентируют снизу вверх параллельно оптической оси микроскопа. Проходя через объект, они попадают в объектив. Съемку проводят в параллельном, сходящемся или расходящемся световом пучке, регулируя положение источника света, коллекторной линзы и конденсора микроскопа.

Рис. 124. Центральное освещение Рис. 125. Одностороннее (косое)

по методу светлого поля: 1 — зеркало; освещение с эксцентричной

2 — апертурная диафрагма; диафрагмой: 1 — зеркало;

3 — конденсор; 4 — плоскость объекта; 2 — эксцентричная диафрагма;

5 — объектив 3 — конденсор; 4 — плоскость объекта;

5 — объектив

Одностороннее (косое) освещение применяют для выявления малоконтрастных деталей фотографируемого объекта. Усиление контраста достигается наклоном осевого пучка света к оптической оси микроскопа или смещения диафрагмы конденсора (рис. 125).

Одностороннее косое освещение преимущественно выявляет детали, расположенные перпендикулярно направлению лучей света, вследствие чего остальные элементы микрорельефа могут теряться. При эксцентричном смещении диафрагмы конденсора наблюдаются существенные потери в освещенности изображения. Поэтому предпочтение отдают специальным темнопольным диафрагмам в виде непрозрачного диска (рис. 126), позволяющим задерживать центральный пучок света, выходящий из конденсора, и освещать объект с разных сторон. Центральные темнопольные диафрагмы применяют с объективами с небольшим и средним собственным увеличением.

Для работы с сильными объективами необходимы специальные конденсоры темного поля.

С увеличением угла наклона прямые лучи света освещают объект, но не попадают в объектив. В этом случае наступает эффект темного поля — изображение формируют только лучи, рассеянные деталями объекта. Последние на темном фоне выглядят ярко освещенными.

Микросъемка непрозрачных объектов осуществляется в отраженном свете. Это такие криминалистические объекты, как микроследы орудий взлома и инструментов, частей оружия на пулях и гильзах, отдельные участки документов с неясной последовательностью нанесения штрихов, следами подчистки и т.п. Для их фотографирования при небольших увеличениях используют вертикальное и косонаправленное освещение, при больших — только вертикальное.

Вертикальное освещение получают с помощью специальных насадок или опак-иллюминаторов — осветительных приборов, с помощью которых световой поток поступает в тубус микроскопа сбоку, преломляется под углом 90° и направляется на объект через объектив. Отраженный от объекта свет попадает в объектив, который формирует изображение, видимое в окуляре или на матовом стекле микрофотоустановки.

Рис. 127. Схема вертикального освещения с помощью опак-иллюминаторов:

а — с призмой; б — с плоским стеклом

Опак-иллюминаторы бывают с плоскопараллельной стеклянной пластинкой (рис. 127, б) и призменные (рис. 127, а). Первые дают существенное ослабление светового потока за счет полупрозрачного зеркального покрытия пластинки. Они применяются при съемке с большими увеличениями, когда реализуется максимальная разрешающая способность микроскопа. У вторых ослабление света незначительное, они оптимальны при малых и средних увеличениях.

При микросъемке слабыми объективами с большими предметными расстояниями вертикальное освещение получают и с помощью плоскопараллельных стеклянных пластинок, устанавливаемых непосредственно между объективом и объектом под углом 45°. Используется и внутреннее освещение, когда лучи света проходят через объектив.

Опаковое освещение создает эффект светлого поля. Темнопольное освещение при микросъемке непрозрачных объектов достигается односторонним

или круговым косонаправленным наружным светом, который формируют специальные конденсоры или осветители (рис. 128).

Одновременное использование отраженного и проходящего света дает сложное комбинированное освещение. Оно применяется при микросъемке полупрозрачных объектов, например текстильных изделий и других волокнистых материалов. При съемке непрозрачных объектов проходящий свет используют и для высветления фона.

Помимо основных способов освещения в микрофотографии применяют и специальные, позволяющие выявлять особенности объектов, которые зависят от ориентации объектов относительно плоскости поляризации падающего света. Для микросъемки анизотропных объектов в оптическую систему микроскопа добавляют два поляризационных светофильтра. Один из них устанавливается перед конденсором и выполняет роль поляризатора, а другой служит анализатором и помещается за объективом. При таком положении светофильтров характер проходящего света зависит от природы объекта. Если последний не является оптически анизотропным, то свет через светофильтры не проходит. Анизотропные объекты не только вращают плоскость поляризации падающего света, но и изменяют его свойства. При этом часть света пройдет через анализатор и попадет на фотоматериал. Эффекты, связанные с поляризацией, наблюдают, помещая объект на предметный столик микроскопа и поворачивая вокруг оси либо сам объект, либо один из светофильтров.

Для микросъемки как в проходящем, так и в отраженном поляризационном свете используют специальные микроскопы типов МИН-10, МИН-3, МИН-7, МП-8.

Применение ультрафиолетового и инфракрасного излучения при микросъемке открывает дополнительные возможности. Отражение и поглощение УФ- лучей различными веществами имеет свои особенности, позволяет выявить такие признаки объектов, которые не могут быть установлены в видимой части спектра. Резко отличаются по своим свойствам от видимых и ИК- лучи. Они обладают большой проникающей способностью и применяются при исследовании красок, технических масел, чернил, паст и др. Фотография незаменима и при съемке в отраженных УФ- и ИК-лучах, регистрации картины ИК-и УФ-люминесценции.

Для микросъемки в УФ- и ИК-зонах спектра помимо микроскопа и фотокамеры необходимы специальные светофильтры и фотоматериалы, особенности применения которых рассматриваются в следующей главе.

Техника микрофотографии

Для микросъемки используют аппаратуру различной сложности — от простейших микроскопов до полуавтоматических и автоматических приборов. Все они обязательно включают в себя микроскоп, фотографическую камеру, осветительную систему. Качество получаемого изображения мало зависит от типа используемой фотокамеры, а определяется точностью работы самого микроскопа и осветительного устройства.

Выбор микроскопа и фотокамеры. Для микросъемки пригодны различные типы микроскопов, выбор которых определяется видом проводимой экспертизы. Например, для предварительного исследования вещественных доказательств в ходе трасологических и баллистических экспертиз, при судебно-техническом исследовании документов наиболее удобны бинокулярные или биологические микроскопы, позволяющие проводить микросъемку в отраженном и проходящем свете. Для идентификационных исследований применяют сравнительные микроскопы, в которых одновременно наблюдаются совмещенные изображения двух объектов, есть возможность сравнивать следы на пулях и гильзах, иных трасологических объектах. Для фиксации микроструктуры металлов и сплавов выбирают металлографические микроскопы; для съемки кристаллической структуры веществ – поляризационные и т. п. Микроскопы обычно укомплектованы объективами-микроанастигматами с увеличением от 5 до 90^х, компенсационными или фотографическими окулярами или гомалями разных увеличений.

Крупноформатные камеры с раздвижным мехом удобны тем, что дают возможность наблюдать изображение мелких деталей на матовом стекле визира и плавно изменять увеличение. Хороши в работе и фотонасадки, устанавливаемые непосредственно на микроскопе. Наиболее совершенными, однако, считаются универсальные микрофотографические аппараты, конструктивно связанные с микроскопом, благодаря чему обеспечивается их постоянная готовность к съемке.

Микрофотоустановки должны обладать жесткостью и устойчивостью, чтобы все операции во время съемки не приводили к разъюстированию системы, не нарушали резкости изображения. Наилучшие результаты получают при креплении камеры непосредственно к микроскопу. Микроустановки, не имеющие жесткой связи с микроскопом, должны иметь массивное основание, а все ее детали и узлы обладать мягкостью хода, чтобы исключать колебания при экспонировании фотоматериала.

Оптические узлы микроустановок перед съемкой центрируют, добиваясь совпадения оптических осей линз, диафрагм и других оптических элементов, используемых в микрофотографической системе. Взаимной юстировке подвергают объективы, окуляры, конденсоры, диафрагмы. Необходима и настройка осветительной системы для получения равномерного освещения.

Подготовка объектов к микросъемке является одной из наиболее ответственных операций. Ввиду незначительной резкости микрофотографических систем фотографируемая поверхность должна быть идеально параллельна плоскости материала. При съемке объектов биологического происхождения, размещенных на предметном стекле, и металлографических шлифов это условие выполняется автоматически. При работе с объектами сложной конфигурации, такими, как пули, гильзы, трасологические следы на различных предметах, даже незначительное отклонение фиксируемой поверхности от горизонтали ведет к потере резкости. Невозможно обеспечить идеальную резкость по всему полю кадра в случаях расположения следов на неровных (выпуклых или вогнутых) поверхностях. В таких случаях для съемки выбирают положение объекта, при котором площадь резкого участка изображения максимальна.

Перед съемкой объект размещают на предметном стекле или столике и закрепляют в препаратоводителе, предварительно установив фотографируемую поверхность параллельно плоскости стекла или столика. Более точно положение объекта устанавливают под микроскопом сначала при небольшом увеличении, а затем при выбранном для съемки. Криминалистические микрофотоустановки имеют для этой цели предметные столики с комплектом объектодержателей, позволяющих не только жестко фиксировать фотографируемые предметы, но и изменять их положение.

Выбор фотоматериалов. Для микросъемки необходимы мелкозернистые фотоматериалы с высокой разрешающей способностью. Учитывая низкую освещенность в микрофотографических системах, особенно при больших увеличениях, они должны обладать высокой светочувствительностью.

Контраст микрообъектов, особенно биологического происхождения, невысок, поэтому для съемки используют фотоматериалы с коэффициентом контрастности не менее 1,5. Трасологические и баллистические объекты, например следы скольжения на металлических поверхностях, имеют более высокий контраст, поэтому их фотографируют на мягкие и нормальные фотоматериалы. Спектральная чувствительность последних должна соответствовать цвету объекта, включенному в оптическую систему светофильтру, спектральному составу источника света.

Для микросъемки отечественная промышленность выпускает специальные фотопластинки типа «Микро». Общая светочувствительность у них низкая (5,5 ед. ГОСТа), коэффициент контрастности составляет 4,0, а разрешающая способность 75 лин/мм.

Определение экспозиции. Экспозиция при микросъемке зависит от интенсивности и спектрального состава используемого излучения, способа освещения, оптических свойств объекта, светочувствительности материала, рабочих характеристик объектива, окуляра, конденсора, характеристик применяемых светофильтров и других факторов. Расчетные методы ее определения дают лишь приближенные результаты, поэтому ненадежны. Измерения экспозиции экспонометром неприемлемы из-за малых размеров объекта. Кроме того, он реагирует на освещенность фона, а не объекта съемки. Разработаны, однако, электронные системы с автоматическим определением экспозиции, которыми комплектуют сложные многоцелевые микроскопы. В повседневной практике наиболее приемлемым способом определения экспозиции является пробная съемка. При работе с крупноформатными камерами пробный негатив изготавливают в виде ступенчатого клина. При использовании малоформатных камер на каждую пробную выдержку отводят один кадр.